CN210088877U - 中高浓度有机废气催化燃烧装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种中高浓度有机废气催化燃烧装置：包括上层箱体、下层箱体和换热器，上层箱体设置在下层箱体顶部，上层箱体和下层箱体左侧设置有弧形通道，上层箱体和下层箱体均通过左挡板与弧形通道连通，上层箱体内腔左侧设置有上催化剂层，下层箱体内腔左侧设置有下催化剂层，上层箱体右侧设置有废气出口，废气出口与废气出口管道连接，废气出口管道与换热器连接，下层箱体的内腔右侧中设置有燃烧室，上层箱体顶部右侧设置有传热管废气入口。本实用新型中高浓度有机废气催化燃烧装置充分利用燃烧和催化氧化产生的热量，实现有机废气的充分燃烧和能量的最大回收利用。

Description

中高浓度有机废气催化燃烧装置

技术领域

本实用新型涉及一种有机废气处理的技术领域，具体涉及一种中高浓度有机废气催化燃烧装置。

背景技术

根据世界卫生组织的定义，挥发性有机化合物(volatile organic compounds，VOCs)是在室温下，大气压为132.322Pa时，熔点低于室温同时沸点在50-260℃范围内，在常温下以蒸气形式存在于空气中的一类有机物。VOCs不仅是O3和PM2.5的关键前体物，而且许多VOCs 具有神经毒性、肾脏毒性和肝脏毒性，甚至有致癌作用。因此，VOCs处理技术近年来发展迅速。

燃烧技术是基于废气中有机化合物可以燃烧氧化的特性，将VOCs氧化成CO2与水等无害物质。其包括三种类型：直接燃烧、热力燃烧、催化燃烧。直接燃烧是在中高浓度有机废气下，不需要对其回收，利用VOCs燃烧时产生大量的热替代燃烧室所需空气产生的热能，由于燃烧不充分，会造成二次污染。热力燃烧是VOCs浓度较低时，借助辅助燃料来实现燃烧的一种方式，其存在三种不同形式的燃烧器：不回收热量的热氧化器；带间壁式换热器的热氧化器，热回收率有85％；蓄热式热氧化器(RTO)，热回收率达到99.5％以上，其中三室RTO废气分解效率能达到99％以上，热回收效率达到99.5％以上。但也存在一些缺点：采用陶瓷蓄热体，导致其重量与体积大、只能放在室外、要求尽可能连续操作、处理含硫或氮或卤素元素的有机物效果不好、一次性投资费用高，较适合大型企业。而催化燃烧是利用催化剂降低VOCs氧化所需的活化能，以此提高反应速率，使氧化反应在较低的温度下进行。其与热力燃烧存在类似形式燃烧器，如蓄热式催化氧化器(RCO)，RCO在处理中高浓度 VOCs时，净化装置中的加热室不需进行辅助加热，降低了运行费用。RTO与RCO在处理低浓度VOCs时，通常会在该技术前端结合吸附技术，提高进气浓度，由于其非常高的净化率和热效率，在VOCs净化技术领域内占有重要地位。

催化燃烧技术反应温度低，反应速率快，能耗小，污染物净化彻底，是目前VOCs处理最有效的方法，但是往往针对中高浓度有机废气。对于中高浓度的有机废气，往往需要进行吸附浓缩，增加了系统的复杂性。另外，常采用的蓄热体容易在高温下破碎或玷污，导致催化燃烧系统运行不正常。

因此，需要对现有技术进行改进。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种高效的中高浓度有机废气催化燃烧装置。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种中高浓度有机废气催化燃烧装置：包括上层箱体、下层箱体和换热器；

所述上层箱体设置在下层箱体顶部，上层箱体和下层箱体左侧设置有弧形通道，上层箱体和下层箱体均通过左挡板与弧形通道连通；

所述上层箱体内腔左侧设置有上催化剂层，下层箱体内腔左侧设置有下催化剂层；

所述上层箱体右侧设置有废气出口，废气出口与废气出口管道连接，废气出口管道与换热器连接；

所述下层箱体的内腔右侧中设置有燃烧室；

所述上层箱体顶部右侧设置有传热管废气入口，所述上层箱体内腔中竖直设置有传热管；所述传热管顶部与传热管废气入口连通，传热管底部与燃烧室连通；

所述下层箱体右侧外表面设置有燃烧器，燃烧器与天然气入口管道连接；

有机废气进口分为两路，分别与废气入口管道一和废气入口管道二连接，废气入口管道一与传热管废气入口连接，废气入口管道二经过换热器后与燃烧器连接。

作为对本实用新型中高浓度有机废气催化燃烧装置的改进：

所述下层箱体和上层箱体的内腔在下催化剂层和上催化剂层的右侧均设置有右挡板。

作为对本实用新型中高浓度有机废气催化燃烧装置的进一步改进：

所述左挡板和右挡板均为不锈钢挡板，左挡板和右挡板设置有小孔，开孔率30～40％。

作为对本实用新型中高浓度有机废气催化燃烧装置的进一步改进：

所述上催化剂层和下催化剂层均为废弃SCR催化剂层。

作为对本实用新型中高浓度有机废气催化燃烧装置的进一步改进：

所述传热管内设置有翅片。

本实用新型中高浓度有机废气催化燃烧装置的技术优势为：

1)、充分利用燃烧和催化氧化产生的热量，实现有机废气的充分燃烧和能量的最大回收利用。

2)、将直接燃烧和催化燃烧结合，不仅使有机废气分解充分，而且能保证催化温度，提高整体有机废气氧化效率，实现有机废气完全分解为CO₂和H₂O。

3)、利用废弃SCR催化剂，不仅能实现废物再利用，解决当前废弃SCR催化剂处理难度大的问题，实现资源回收，而且能够解决燃烧过程中NOx的产生问题。

4)、本实用新型结构合理紧凑，占地面积小，装置简便，适合中高浓度有机废气处理。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。

图1为本实用新型中高浓度有机废气催化燃烧装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行进一步描述，但本实用新型的保护范围并不仅限于此。

实施例1、中高浓度有机废气催化燃烧装置，如图1所示，包括上层箱体4、下层箱体8 和换热器13，上层箱体4和下层箱体8之间隔开。上层箱体4和下层箱体8通过传热管2和左挡板5连接。

上层箱体4设置在下层箱体8顶部，上层箱体4和下层箱体8左端设置有弧形通道16，上层箱体4和下层箱体8均通过左挡板5与弧形通道16连通，左挡板5为不锈钢挡板且设有小孔，小孔为方形结构，孔长1～2mm，开孔率30～40％，左挡板5与垂线之间的夹角为10～15°。上层箱体4和下层箱体8的内腔在催化剂层的右侧均设置有右挡板17，右挡板17为竖直布置，小孔为圆形结构，孔径1～2mm，开孔率30～40％。左挡板5和右挡板17能提高了烟气的稳定性，并且使烟气均匀进入催化剂层7。

催化剂层包括上催化剂层3和下催化剂层7。

右挡板17上层箱体4内腔左侧设置有上催化剂层3，下层箱体8内腔左侧设置有下催化剂层7，上催化剂层3和下催化剂层7使用的催化剂均为废弃SCR催化剂，具体催化剂量根据实际需要调节，通过催化氧化作用将未燃尽的有机废气催化氧化为二氧化碳和水，同时产生热量，维持催化温度，提高总体有机废气氧化效率，实现了废物利用。

上层箱体4右侧开设有废气出口15，废气出口15通过废气出口管道11经过换热器13 后与出口连接，废气出口管道11内气体温度在经过换热器13换热前为200～300℃，经过换热器13换热后下降至100℃以下。

上层箱体4右侧顶部设有传热管废气入口14，上层箱体4中竖直设置有多个传热管2，传热管2顶部与传热管废气入口14连通，传热管2底部与下层箱体8的燃烧室6连通，传热管2内带有翅片，提高了传热效率，传热管2外为燃烧烟气，燃烧烟气为300～400℃，传热管2内有待处理的有机废气，气体温度为常温，经管内外传热后温度升高至100℃以上。

下层箱体8的右侧内腔作为燃烧室6，燃烧室6右侧内壁设置有热电偶，下层箱体8右侧外表面设置有燃烧器9，一部分废气通过废气入口进入燃烧室6，废气入口管道二12与燃烧器9连接，燃烧器9分别与天然气入口管道10和废气入口管道二12连接，剩余部分废气通过废气入口管道二12进入燃烧器9和天然气混合后在燃烧室6燃烧，天然气燃烧清洁，并且控制整个燃烧室6在燃烧过程中保持300～400℃。下层催化剂7前后和上层催化剂3前后都设有温度传感器，实时监控燃烧室6内的燃烧温度，保持整个燃烧室6在燃烧过程中温度在300～400℃左右。根据温度高低，实时调整天然气的燃烧量。

有机废气进口分为两路，分别与废气入口管道一1和废气入口管道二12连接，废气入口管道一1与传热管废气入口14连接，废气入口管道二12经过换热器13后与燃烧器9连接。

本实用新型的工作过程为：

1)、常温有机废气从有机废气进口进入(常温有机废气的总烃浓度大约在10g/m³以上)，一部分常温有机废气通过废气入口管道一1后经过传热管废气入口14进入带翅片的传热管2，被上层箱体4内腔中的催化氧化后的烟气加热，预热后的有机废气进入燃烧室6；

2)、另一部分的常温有机废气通过废气入口管道二12经过换热器13，常温有机废气在换热器13中与废气出口管道11中的换热催化氧化后的烟气换热，然后进入天然气燃烧器9，同时天然气通过天然气入口管道10进入天然气燃烧器9，换热后的常温有机废气与天然气混合燃烧，最后进入燃烧室6内与预热后的有机废气混合后进行燃烧；

3)、燃烧过后的烟气经过下催化剂层7、右挡板17、左挡板5和上催化剂层3，烟气中未燃尽的有机物进一步催化氧化为二氧化碳和水，之后的催化氧化后的烟气与传热管2内的常温有机废气换热，再次预热有机废气，得到换热催化氧化后的烟气；

4)、换热催化氧化后的烟气进入废气出口管道11，在换热器13中与废气入口管道二12 中的常温有机废气换热，自身温度进一步下降，烟气达标，成为洁净烟气(含氧化分解后CO₂和H₂O)后排出。

洁净烟气总烃浓度下降至50mg/m³以下，脱除效率大于99.5％。

实施例1与下述对比例的实验条件均为：废气量2000m³/h，总VOCs浓度10g/m³，燃烧温度300～400℃，SCR废弃催化剂。

实施例1中VOCs去除率达到99.5％以上。

对比例1：将实施例1中的上催化剂层3和下催化剂层7去除，其余等同于实施例1。

在有催化剂层的情况下，VOCs去除率达到99.5％以上；当无催化剂时，VOCs去除率70％以下。

对比例2：将实施例1中的左挡板5去除，其余等同于实施例1。

有左挡板5的情况下，VOCs去除率达到99.5％以上；当无左挡板5时，VOCs去除率维持在90％左右。

对比例3：将实施例1中的燃烧室6内的燃烧温度从300～400℃降低为200～250℃，其余等同于实施例1。

VOCs去除率达到99.5％以上；燃烧温度改为200～250℃，VOCs去除率在70％以下。

对比例4：将实施例1中的传热管2、废气入口管道一1和换热器13去除，即为常温有机废气直接与天然气燃烧，其余等同于实施例1。

将传热管2和换热器13去除，与天然气消耗增加30％，且VOCs去除率下降至85％。

对比例5：将实施例1中的左挡板5的倾角为从10～15°改成5°或者25°，其余等同于

实施例1。

左挡板5的倾角从10～15°改成5°或者25°，VOCs去除率下降至80～90％。

对比例6：将实施例1中左挡板5和右挡板17的开孔率从30～40％改成20％或者50％其余等同于实施例1。

左挡板5和右挡板17的开孔率从30～40％改成20％或者50％，VOCs去除率下降至85～92％。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的若干个具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.中高浓度有机废气催化燃烧装置，其特征在于：包括上层箱体(4)、下层箱体(8)和换热器(13)；

所述上层箱体(4)设置在下层箱体(8)顶部，上层箱体(4)和下层箱体(8)左侧设置有弧形通道(16)，上层箱体(4)和下层箱体(8)均通过左挡板(5)与弧形通道(16)连通；

所述上层箱体(4)内腔左侧设置有上催化剂层(3)，下层箱体(8)内腔左侧设置有下催化剂层(7)；

所述上层箱体(4)右侧设置有废气出口(15)，废气出口(15)与废气出口管道(11)连接，废气出口管道(11)与换热器(13)连接；

所述下层箱体(8)的内腔右侧中设置有燃烧室(6)；

所述上层箱体(4)顶部右侧设置有传热管废气入口(14)，所述上层箱体(4)内腔中竖直设置有传热管(2)；所述传热管(2)顶部与传热管废气入口(14)连通，传热管(2)底部与燃烧室(6)连通；

所述下层箱体(8)右侧外表面设置有燃烧器(9)，燃烧器(9)与天然气入口管道(10)连接；

有机废气进口分为两路，分别与废气入口管道一(1)和废气入口管道二(12)连接，废气入口管道一(1)与传热管废气入口(14)连接，废气入口管道二(12)经过换热器(13)后与燃烧器(9)连接。

2.根据权利要求1所述的中高浓度有机废气催化燃烧装置，其特征在于：

所述下层箱体(8)和上层箱体(4)的内腔在下催化剂层(7)和上催化剂层(3)的右侧均设置有右挡板(17)。

3.根据权利要求2所述的中高浓度有机废气催化燃烧装置，其特征在于：

所述左挡板(5)和右挡板(17)均为不锈钢挡板，左挡板(5)和右挡板(17)设置有小孔，开孔率30～40％。

4.根据权利要求3所述的中高浓度有机废气催化燃烧装置，其特征在于：

所述上催化剂层(3)和下催化剂层(7)均为废弃SCR催化剂层。

5.根据权利要求4所述的中高浓度有机废气催化燃烧装置，其特征在于：

所述传热管(2)内设置有翅片。